TCP 连接断连问题剖析

TCP 连接的保持并不需要任何额外的操作，但在实际应用中，要长时间保持一个 TCP 连接则会受到诸多因素的影响。本文介绍了几种常见的导致 TCP 连接断连的原因，并在此基础上，以 AIX 系统上 TCP 连接的异常断连为例，借助相应的网络分析工具，逐步揭开 AIX 上 TCP 断连的原因，并给出两种可行的解决方案。

引言

在官方的正式文档中，TCP/IP 协议簇也称为国际互联网协议簇。TCP/IP 协议簇是目前使用最为广泛的全球互联网技术，其分层结构如图 1 所示：

图 1. TCP/IP 协议簇分层结构

如图 1 所示，数据链路层主要负责处理传输媒介等众多的物理接口细节；网络层负责处理数据分组在网络中的活动，包括上层数据报文的分割、选路 phost2008-08-21T00:00:00 等；传输层则负责为两台主机提供端到端的通信；应用层将负责处理应用程序的特定细节。其中，IP 协议是网络层的核心协议，用来提供不可靠、无连接的数据传递服务；而 TCP 协议则处于传输层，其基于不可靠无连接的 IP 协议能够为两台主机提供面向连接的、可靠的通信。UDP?

由于 TCP 是面向连接的协议，因此在两台主机通信之前，需要首先建立起一条连接。下面我们将简要介绍 TCP 连接的建立以及通信双方是如何保持已建立的 TCP 连接的。

TCP 连接的建立及保持

一个 TCP 连接的建立需要通过著名的“三次握手”来完成。下面的例子将直观给出一个 TCP 连接的建立过程。

在本文的下述描述中，客户端主机均为 testClient.cn.ibm.com(Linux)，服务器主机均为 testServer.cn.ibm.com(AIX)。在 testClient 主机的一终端上执行 tcpdump –i eth0 host testServer 命令，启动 tcpdump 监听网络数据（其中，eth0 是客户主机与外部网络进行通信所使用的网卡）；与此同时，在客户主机的另一个终端上执行下述命令： (root@testClient /)>telnet testServer。此时客户主机上 tcpdump 的输出如清单 1 所示。

清单 1. 创建一个 TCP 连接的三次握手

# tcpdump –S -i en0 host testServer 1 14:02:38.384918 IP testClient.cn.ibm.com.43370 > testServer.cn.ibm.com.telnet: S 3392458353:3392458353(0) … 2 14:02:38.629578 IP testServer.cn.ibm.com.telnet > testClient.cn.ibm.com.43370: S 881279296:881279296(0) ack 3392458354 … 3 14:02:38.629592 IP testClient.cn.ibm.com.43370 > testServer.cn.ibm.com.telnet: . ack 881279297 …

注意：我们删除了 tcpdump 输出结果中的部分无关信息。为了便于理解，我们将上述输出转换为实际序列图 2。

图 2. TCP 建立创建三次握手的实际序列

从图 2 中我们可以清楚地看到，在 testClient 与 testServer 之间建立连接时，要经过以下三次握手过程：

• testClient 向 testServer 主动发送握手协议，报文序列号为 3392458353，大小为 1 个字节。
• testServer 向 testClient 主动发送握手协议，报文序列号为 881279296，大小为 1 个字节；同时返回 ACK 3392458354，作为对 testClient 发来的 3392458354 包的应答。
• testClient 向 testServer 返回 ACK 881279297，作为对 testServer 发来的 881279296 包的应答。

一个 TCP 连接在完成上述的三次握手之后便建立完毕；此后，连接的两端即可进行信息的相互传递。因此，TCP 连接可以认为是以两端 IP 地址和端口进行标识的一个通信信道，而 TCP 连接的建立就是向通信双方进行上述通信信道注册的过程。TCP 连接一旦建立，只要通信双方之间的中间结点（包括网关和交换机、路由器等网络设备）工作正常，那么在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

TCP 连接的这种特性，使得一个长期不交换任何信息的空闲连接可以长期保持数小时、数天甚至数月。中间路由器可以崩溃、重启，网线可以被挂断再连通，只要两端的主机没有被重启，TCP 连接就可以被一直保持下来。

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导致 TCP 连接断连的因素

理想状态下，一个 TCP 连接可以被长期保持。然而，在实际应用中，客户端或服务器端上维持的一个看似正常的 TCP 连接可能已经断连。TCP 连接主要受到两个方面的影响而导致断连：网络中间节点和客户端 / 服务器节点参与通信的两方节点？

在实际网络应用中，两个主机之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等。因此，两个主机之间 TCP 连接的保持同样会受到中间节点的影响，尤其是会受到防火墙（软件或硬件防火墙）的限制。防火墙是